Au cours de notre année de seconde, dans le cadre de l'enseignement d'exploration "Méthodes et Pratiques Scientifiques", alors que nous travaillions sur le Thème "Sciences et Lumière", nous nous sommes penchés sur le problème de la mérule, et nous avons décidé de poursuivre dans le cadre de notre TPE de première sceintifique.
La mérule est un champignon ravageur qui se développe dans les maisons humides en s’attaquant au bois. Elle pose de réels problèmes économiques dans la mesure où la remise en état de la maison peut dépasser le coût de la maison elle-même mais également des problèmes écologiques et sanitaires. En effet, les produits chimiques utilisés actuellement pour la détruire sont toxiques pour l’homme et pour l’environnement. De plus, ils nécessitent la fermeture de la maison pendant plusieurs mois. Or à 73°C la mérule serait détruite ! Chauffer les parties en bois en surface est aisé cependant cela devient beaucoup plus délicat en profondeur ! Nous sommes donc arrivés à la problématique suivante : les micro-ondes ne pourraient elles pas être utilisées comme méthode alternative pour éliminer la mérule ?
Pour répondre à cette problématique, il nous a fallu dans un premier temps mettre en évidence les conditions favorables au développement de ce champignon pour concevoir une stratégie pour l’éliminer. Dans un second temps, nous avons du vérifier que les micro-ondes permettaient d'atteindre une température suffisament élevée au sein du bois pour tuer la mérule et si l’utilisation des micro-ondes est une solution viable pour le bois contre la mérule. Pour terminer nous nous sommes penchés sur la faisabilité et les limites de notre traitement par les micro-ondes en proposant des conditions de mise en œuvre sans risque pour les matériaux et les personnes.
Agathe Cazade et Lucien Brissard (première 621 au cours de l'année 2012-2013)
Le projet "Tuer la mérule avec des micro-ondes" a remporté un second prix au concours C.Génial qui se déroulait au palais de la découverte le samedi 25 mai 2013.
Rappel : seuls 10 Lycées français participaient à la finale du concours C.Génial parmi les 120 projets qui ont été déposés en octobre.
Ils ont remporté une visite de l'entreprise Saint Gobain à Londres sur deux jours fin juin.
Production du projet : "The merule's War" ou "Tuer la mérule avec des micro-ondes"
 merule_vaucanson_tours_cgenial_2013.pdf | [ ] | 4370 Kb |
Nous avons cherché à mettre en évidence les conditions favorables au développement de la mérule. Cette dernière a besoin d’un substrat dans notre cas le bois et en France la mérule est bien connue pour les dégats qu’elle cause dans les résidences secondaires en Bretagne humides et mal ventilées...Nous avons donc formulé l’hypothèse que la mérule a besoin d’une certaine humidité et d’une température plutôt tempérée.
Protocole expérimental :
Pour tester notre hypothèse, nous avons percé des morceaux de pin de dimensions (25cmx17cmx49cm) puis nous avons prélevé des filaments mycéliens de mérule. Nous avons en quelque sorte introduit ces filaments dans les morceaux de bois et nous avons déposé l’ensemble dans des erlenmeyers sur du coton (2g) plus ou moins imbibé d’eau. Les erlenmeyers ont été fermés à l’aide d’un bouchon de coton et le taux d’humidité est suivi à l’aide d’un humidimètre.
Résultats obtenus :
Nous avons remarqué alors au bout de quelques jours que la mérule s’est développée uniquement dans les conditions de l’expérience 1. Nous en avons déduit que la mérule a besoin d’une certaine humidité et d’une température relativement élevée, ici 25°C pour se développer du moins pour que l’on puisse observer à l’œil nu une croissance des filaments. D’autre part la croissance du mycélium semble être plus importante à l’obscurité qu’à la lumière.
Conclusion :
Ces résultats valident notre hypothèse et ont été confirmés par nos recherches sur les conditions optimales de développement de la mérule. Ces dernières peuvent être classées en 3 catégories :
Néanmoins, nous pouvons formuler plusieurs critiques concernant notre protocole expérimental. La première est que nous aurions pu tester davantage de conditions de température et d’humidité. De plus, nous avons voulu tester l’influence de la lumière mais comme l’erlenmeyer n’était pas à l’étuve à 25°C, on peut penser que le développement de la mérule n’a pas été observé car la température de la pièce était plus faible (17°C). L’autre critique majeure de notre protocole est que nous avons juste observé à l’œil nu le développement des filaments mycéliens. Il aurait été interessant de pouvoir quantifier cette croissance.
Nous avons vu que la mérule se développe bien dans du bois humide et pour une température entre 20 et 26°C. La première solution à envisager pour traiter une maison infestée est donc déjà de supprimer la source d’humidité ! Ensuite on pourrait penser qu’en soumettant la mérule à des températures très éloignées de ses températures optimales de développement cela pourrait régler le problème. Or on ne veut pas seulement arrêter son développement, on veut la tuer ! Ce qui n’est pas chose aisée... En effet, lorsque les conditions ne sont pas favorables, la mérule peut survivre à l’état de latence notamment sous forme de spores pendant plusieurs années et reprendre son développement lorsque les conditions seront à nouveau favorables. Il faut donc trouver un traitement qui détruise de façon irréversible les filaments mycéliens et les spores de mérule. Nous avons donc formulé l’hypothèse que des températures élevées pourraient tuer la mérule.
Protocole expérimental :
Afin de tester cette hypothèse, nous avons renouvelé le protocole précédent en plaçant un morceau de pin contenant des filaments de mérule à l’étuve à 100°C pendant presque 1h. Puis nous avons replacé l’erlenmeyer, dans des conditions favorables de développement (humidité à 25% et à l’étuve à 25°C) de la mérule.
Résultats obtenus :
Conclusion :
Nous avons constaté alors que la mérule ne se développait pas même au bout d’une semaine alors que celle-ci avait été placée dans des conditions favorables. Cela nous a laissé donc à penser qu’elle a été tuée par la chaleur. Cette observation nous est confirmée par les informations fournies par le laboratoire FCBA de Bordeaux qui est formel : les filaments et les spores de mérules sont détruits à partir de 73°C.
Nous avons donc montré dans cette partie que la mérule peut être détruite en la soumettant à des températures élevées. Il nous a donc fallu pour éliminer ce champignon trouver un moyen de porter le bois des maisons à une température supérieure à 73°C en profondeur car le champignon s’insinue au sein du bois et cela évidemment sans altérer ou fragiliser la maison ! Nous nous sommes donc demandé dans un second temps en quoi un traitement du bois à l’aide de micro-ondes pourrait être un bon moyen d’arriver à nos fins.
Compte tenu de sa géométrie coudée, la molécule d’eau est une molécule polaire. En effet, la répartition de ses charges positives et négatives, est dissymétrique et conduit à un pôle positif et un négatif qui ne sont pas confondus. Ainsi soumise à un champ électrique, son moment dipolaire va s’orienter dans le sens de ce dernier.
Si ce champ électrique est alternatif, la molécule s’oriente alternativement dans un sens puis dans l’autre. Il se trouve que pour des fréquences correspondant aux micro-ondes, soient comprises entre 300 GHz et 1 GHz, la molécule entre en résonance : Elle absorbe fortement les ondes électromagnétiques correspondant et oscille parfaitement en suivant l’orientation du champ électrique
Dans les fours à micro-ondes, la fréquence utilisée est de 2,450 GHz, ce qui correspond à une longueur d’onde dans le vide λ0 = 12,24 cm .
La molécule effectue ainsi environ 2,5 milliards de fois par seconde ce changement d’orientation alternatif. Les oscillations effectuées par la molécule d’eau créent un échauffement dû aux frottements contre les atomes ou molécules avec lesquels elle est en contact. C’est ce dégagement de chaleur qui va faire monter la température du bois.
Nous avons voulu savoir si la volume du morceau de bois avait une importance sur son réchauffement. Nous avons donc formulé l’hypothèse que la température atteinte au cœur d’un morceau de bois varie en fonction de son volume pour un même temps d’irradiation.
Protocole expérimental : nous avons découpé deux pavés dans du bois de pin car c’est à ce bois que s’attaque le plus souvent la mérule. L’un 8 fois plus volumineux que l’autre : Nous les avons irradiés séparément pendant 20 s puis relevé la température à l’aide d’un thermomètre à sonde dans un trou préalablement foré.
Tableau n°2 : Mesure de la température atteinte au cœur des deux morceaux de bois
Résultats obtenus : on voit tout d’abord que le petit échantillon a atteint une température au cœur du bois bien supérieure au deuxième pavé (x1,6). Lors de la prise de température du petit échantillon la mesure au cœur est restée stable puis décroissante. Alors que pour le pavé le plus volumineux, on a observé une augmentation de la température sur environ 30 secondes puis décroissance pour revenir à température ambiante
Conclusion : Lors du chauffage du bois dans un four micro-ondes, la répartition des ondes n’est pas uniforme d’où le plateau tournant.
Tout en pénétrant dans le bois le rayonnement micro-onde est de moins en moins intense car absorbé par sa surface. Ce qui va aider la chaleur à se répandre au cœur du bois est le phénomène de conduction qui est plus efficaces en présence d’humidité car la conductivité thermique de l’eau est 2 à 3 fois supérieure à celle du bois. Les micro-ondes sont capables de chauffer en profondeurs aidées du phénomène de conduction (propagation de la chaleur de proche en proche).
Remarque : Lorsque nous avons découvert que la seule source de réchauffement n’était pas le phénomène de rayonnement, mais également de conduction, nous avons souhaité conforter cette hypothèse en utilisant de la pâte à modeler à laquelle nous avons ajouté du glucose et de la liqueur de Fehling. Après passage 30 s au four à micro-ondes à une puissance de 750 W, nous avons pu constater que la liqueur de Fehling avait bien pris une couleur rouge brique en surface alors que le centre de la pâte à modeler n’avait pas encore eu le temps de chauffer suffisamment et entraîner la transformation du réactif de Fehling. .
C’est donc en se basant sur ce principe que nous souhaitons détruire la mérule. Nous avons donc voulu savoir si en effet les micro-ondes pourraient éradiquer la mérule et ses spores au sein d’un morceau de bois.